(57)【要約】  モータの位置や速度といった動作に対する要求と、モータの駆動力に関する要求とが複合した要求を持つ用途に幅広く対応して、簡単な演算で幅広い、かつ高機能な特性を実現できるモータ制御装置を得る。  動作指令に基づいて動作参照値とフィードフォワード駆動力とを演算するフィードフォワード演算部（１０）と、制御偏差を低減する制御演算により偏差補償駆動力を出力する偏差補償演算部（２０）と、フィードフォワード駆動力と偏差補償駆動力とに基づいて駆動力指令を出力する駆動力指令合成部（３０）と、所定の反力参照値と偏差補償駆動力とに基づいて動作補正値を演算する反力補償演算部（４０）と、動作参照値とモータ動作検出値との偏差と、動作補正値とに基づいて制御偏差を演算する制御偏差演算部（５０）とを備える。
2011093281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
速度あるいは位置としてのモータの動作に対する動作指令と、前記動作の検出結果であるモータ動作検出値とに基づき、前記モータの電流制御器に対して駆動力指令を出力するモータ制御装置であって、
前記動作指令に基づいて、前記モータの前記動作に対する参照信号である動作参照値とフィードフォワード駆動力とを演算するフィードフォワード演算部と、
所定の演算により決定された制御偏差を入力として、あらかじめ設定された制御定数を用いて前記制御偏差を低減するように積分演算を含む制御演算を行った結果を偏差補償駆動力として出力する偏差補償演算部と、
前記フィードフォワード駆動力と前記偏差補償駆動力とに基づいて、定常的な特性がこれらの加算となる演算により前記電流制御器に対する前記駆動力指令を出力する駆動力指令合成部と、
所定の反力参照値と前記偏差補償駆動力とに基づいて動作補正値を演算する反力補償演算部と、
前記動作参照値と前記モータ動作検出値との偏差と、前記動作補正値とに基づいて前記制御偏差を演算する制御偏差演算部と
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ制御装置において、
前記駆動力指令合成部は、前記偏差補償駆動力に対して所定の周波数成分を除去する演算により、前記駆動力指令を演算することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ制御装置において、
前記反力補償演算部は、
前記反力参照値と前記偏差補償駆動力との比較により駆動力補正量を演算する駆動力補正量演算部と、
前記駆動力補正量に反力補償ゲインを乗じる反力補償増幅部と
を備え、
前記反力補償増幅部の出力に基づいて前記動作補正値を演算する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のモータ制御装置において、
前記反力補償演算部は、算出された前記動作補正値の出力を所定の大きさで制限した後の値を動作補正値として出力する反力補償制限器をさらに備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のモータ制御装置において、
前記偏差補償演算部は、前記制御偏差に対して比例積分演算を行うことで前記偏差補償駆動力を出力し、
前記反力補償演算部は、前記反力補償増幅部の出力に対してローパスフィルタを作用させる反力補償フィルタを備え、前記ローパスフィルタの極を前記偏差補償演算部の零点に基づいて設定する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
請求項３または４に記載のモータ制御装置において、
前記偏差補償演算部は、前記制御偏差から前記偏差補償駆動力までの伝達関数が積分特性となる演算により前記偏差補償駆動力を演算することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
前記反力補償演算部は、前記偏差補償演算部の制御定数に基づいて前記反力補償ゲインを設定することを特徴とするモータ制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
前記モータと機械的に連結した主軸モータの電流制御器に対する主軸駆動力指令を生成する主軸制御部をさらに備え、
前記主軸制御部は、前記主軸駆動力指令と所定の関係にある信号を前記所定の反力参照値として前記反力補償演算部に対して出力する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載のモータ制御装置において、
前記主軸制御部は、
前記動作指令に基づいて前記主軸モータの動作に対する参照信号である主軸動作参照値と主軸フィードフォワード駆動力とを演算する主軸フィードフォワード演算部と、
前記主軸動作参照値から、前記主軸モータの前記動作を検出した主軸モータ動作検出値を減算することにより主軸制御偏差を演算する主軸制御偏差演算部と、
前記主軸制御偏差を入力として、前記主軸制御偏差を低減するように制御演算を行った結果を主軸偏差補償駆動力として出力する主軸偏差補償演算部と、
前記主軸フィードフォワード駆動力と前記主軸偏差補償駆動力とに基づいて前記主軸モータの電流制御器に対する前記主軸駆動力指令を演算して出力する主軸駆動力指令合成部と
を備え、
前記主軸偏差補償駆動力を前記所定の反力参照値として前記反力補償演算部に対して出力する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項１０】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のモータ制御装置において、
前記制御偏差演算部は、所定のモード切り換え信号に基づき、前記動作補正値を用いずに前記制御偏差を演算する第１モードと、前記動作補正値に基づいて前記制御偏差の演算を行う第２モードとを制御動作中に切り換えて前記制御偏差を出力することを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の産業用機械装置を駆動するモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータ制御装置の第１の従来技術として、例えば、鉄鋼圧延ラインのようにモータで回転させるロールを用いて帯状材料（ウェブ）を連続的に搬送するような、ウェブ搬送制御と呼ばれる用途が想定される。このような用途における従来技術では、搬送材で連結された各モータにおける負荷トルクのアンバランスが大きくならないことを目的として、速度制御器にドルーピングと呼ばれる機能を持たせることが古くからなされている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
このドルーピング制御は、モータ電流、すなわち、モータトルクを表す信号を比例倍した値を速度指令から減算することで、モータトルクが増大するとモータ速度が低下する垂下特性（ドルーピング）を持たせている。これにより、搬送材で連結された複数のモータにおいて、特定のモータの負荷電流が過大になることを防止する機能を実現している。【０００４】
そして、特許文献１のモータ制御装置は、その第１図に記載されているように、従来のドルーピング制御を施した速度制御器（すなわち、速度制御器の出力を比例倍したドルーピング量を速度指令から減算して垂下特性を持たせた速度制御器）を、モータ制御装置の内部に備えている。さらに、特許文献１のモータ制御装置は、モータの加減速に要するトルクを演算する加減速電流演算器を追加的に備えており、速度制御器の出力と加減速電流演算器の出力とを加算して、モータに対するトルク指令として出力している。【０００５】
これにより、速度指令の変化によってモータを加減速させる場合のドルーピング量の変化をなくすことができ、モータ速度を加減速させた場合にも、モータが指令に対して高精度に追従することを可能にしている。【０００６】
また、モータ制御装置の第２の従来技術として、第１の従来技術と異なる用途である、ＮＣ制御装置で制御される工作機械等が想定される。このような用途における従来技術では、１つの駆動対象物（ワーク）を２つのモータで同期制御を行いながら駆動する並列駆動制御が行われている（例えば、特許文献２参照）。【０００７】
このような並列駆動制御の場合、各モータの位置検出器の精度や、駆動対象物とモータとを機械的に結合した際の機械精度に起因して、次のような問題が生じる。すなわち、各モータの位置を完全に指令に一致させると、駆動対象の機械的な捻りを生じ、各モータが引っ張り合うような力（以下では、軸間干渉力と呼ぶ）が生じ、モータの発熱や電気的劣化あるいは駆動対象の機械的劣化が問題になる。【０００８】
このような問題に対して、第２の従来技術は、２つのモータに対して同じ位置指令を与えながら各モータに対して位置制御を行う。それとともに、第２の従来技術は、２つのモータに対して各モータ制御装置が出力するトルク指令あるいは実際のトルク検出値の比較を行う。そして、これらを差分した信号に基づいて、片方のモータに対する位置指令を修正することで、軸間干渉力を抑制し、さらに、モータの発熱や電気的劣化あるいは駆動対象の機械的劣化を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−１２１０８６号公報
【特許文献２】特開２００４−２８８１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、第１の従来技術においては、モータ制御装置内部の速度制御器に上述の垂下特性を持たせているだけである。このため、例えば、所望の張力と釣り合うような値にモータトルクを正確に保つことは容易でないといった問題がある。また、実際のウェブ搬送制御においては、例えば、搬送ラインの始動運転時や定常運転、非常時の保護運転といった、ウェブ搬送制御における各種の運転状況に対応した制御機能が要求される。【００１１】
一方で、モータの速度とトルクとの間には、互いに因果関係があり、速度制御とトルク制御の両方を自由に行うことはできない。そのため、ウェブ搬送制御では、各種の運転状況に対応して速度とトルクとを複合的に考慮した、高機能な制御が必要とされる。しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、単にモータ制御装置内部の速度制御器において、トルクと速度との関係に垂下特性を持たせているだけである。このため、各種の運転状況に対応した高機能な制御を、簡単な演算で実現するのが難しいという問題があった。【００１２】
ここで、第２の従来技術においては、２つのモータに対して実際に与えるトルク指令あるいはトルク検出値の差分信号に基づいた修正を行っている。このため、２つのモータで駆動する機械系の特性が、どちらのモータも全く同じ特性の場合（すなわち、対称的な機械特性を有する場合）には、良好に動作する。【００１３】
しかしながら、例えば、容量が異なるモータで駆動した場合や、駆動する機械負荷の重心が偏っているといった、駆動対象の機械特性が非対称的な場合が考えられる。この場合においては、単純にトルク指令やトルク検出値の差分に基づいて補正を行うと、加減速時に生じるトルクの相違に起因して、位置の同期制御精度が劣化する。この結果、より高精度な同期制御の実現が容易でないといった問題がある。【００１４】
さらに、これら第１の従来技術や第２の従来技術は、上述のようにウェブ搬送制御や並列駆動制御といった各用途に限定されたモータ制御装置の技術として構成されているものである。しかしながら、実際の産業界においては、より広い用途に使用可能な汎用的なモータ制御装置として用意された製品を利用し、上記のような各用途に対応させることが考えられる。このためには、汎用的なモータ制御装置にあらかじめ各用途に対応した多くの機能を実装しておくか、あるいは、各用途に応じて汎用的なモータ制御装置に改造を施すことによって、各用途に対応したモータ制御装置を実現するといった対応が一般的である。【００１５】
しかしながら、前者の対応の場合には、モータ制御装置に実装するプログラムの肥大化によるコストの増加の問題があり、また、後者の対応の場合には、各用途に対応するための改造の手間といったコストの増加の問題がある。【００１６】
以上のような問題点をまとめると、次のようになる。
第１の従来技術では、鉄鋼圧延ラインなどのウェブ搬送制御の用途において、高速高精度な速度制御を行いながら、搬送材の張力を所望の値に正確に保つのが容易でないという問題があった。また、各種の運転条件に応じた複合的な要求に対応した高機能な制御を簡単に実現するのが容易でないという問題があった。【００１７】
第２の従来技術では、工作機械等の並列駆動制御の用途において、複数のモータで駆動する駆動対象物が非対称的な特性を持つ場合に、駆動対象を捻るように発生する軸間干渉力の問題にも対応しながら、各モータの位置を正確に制御するのが困難といった問題があった。【００１８】
また、第１の従来技術や第２の従来技術においては、それぞれ想定した個別の用途に対してしか対応できない。このため、汎用的なモータ制御装置を利用して各用途にそれぞれ対応するためは、プログラムの増大や改造の手間といったコストを増加させる問題があった。【００１９】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、モータの位置や速度といった動作に対する要求と、モータの駆動力に関する要求とが複合した要求を持つ用途に幅広く対応して、簡単な演算で幅広い、かつ高機能な特性を実現できるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明に係るモータ制御装置は、速度あるいは位置としてのモータの動作に対する動作指令と、動作の検出結果であるモータ動作検出値とに基づき、モータの電流制御器に対して駆動力指令を出力するモータ制御装置であって、動作指令に基づいて、モータの動作に対する参照信号である動作参照値とフィードフォワード駆動力とを演算するフィードフォワード演算部と、所定の演算により決定された制御偏差を入力として、あらかじめ設定された制御定数を用いて制御偏差を低減するように積分演算を含む制御演算を行った結果を偏差補償駆動力として出力する偏差補償演算部と、フィードフォワード駆動力と偏差補償駆動力とに基づいて、定常的な特性がこれらの加算となる演算により電流制御器に対する駆動力指令を出力する駆動力指令合成部と、所定の反力参照値と偏差補償駆動力とに基づいて動作補正値を演算する反力補償演算部と、動作参照値とモータ動作検出値との偏差と、動作補正値とに基づいて制御偏差を演算する制御偏差演算部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係るモータ制御装置によれば、所定の反力参照値と偏差補償駆動力とに基づいて動作補正値を演算する構成、および動作参照値とモータ動作検出値との加算結果から動作補正値を減算することにより制御偏差を演算する構成を備えることにより、モータの位置や速度といった動作に対する要求と、モータの駆動力に関する要求とが複合した要求を持つ用途に幅広く対応して、簡単な演算で幅広い、かつ高機能な特性を実現できるモータ制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を適用したウェブ搬送制御システムの模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるトルク指令合成部の内部構成を表すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１における反力補償演算部の内部構成を表すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２における偏差補償演算部の内部構成を表すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態２における反力補償演算部の内部構成を表すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態３における制御偏差演算部の内部構成を表すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態３における主軸制御部の内部構成を表すブロック図である。
【図１１】本発明の実施の形態３における反力補償演算部の内部構成を表すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置を適用した押し当て制御システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明のモータ制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００２４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置を示すブロック図である。最初に、モータ制御装置１００の全体動作について説明する。なお、本実施の形態１では、ウェブ搬送制御を用途としたモータ制御装置について説明する。また、ウェブ搬送制御が速度制御を基本として動作している形態を示すが、特に速度制御に限定するものでなく、位置制御を行う場合においても、同様に実現可能なものである。
【００２５】
図１に示したモータ制御装置１００は、フィードフォワード演算部１０、偏差補償演算部２０、トルク指令合成部３０、反力補償演算部４０、および制御偏差演算部５０を備えて構成されている。さらに、モータ制御装置１００は、電流制御器１１０を介してモータ１２１と接続されている。また、動作検出器１２２は、モータ１２１の回転速度であるモータ速度（モータ動作検出値）ｙを検出し、モータ制御装置１００に入力する。モータ制御装置１００には、このモータ速度ｙとともに、外部から速度指令（動作指令）ｙｃと反力参照値ｆｒとが入力される。
【００２６】
次に、モータ制御装置１００の内部構成の各機能について、詳細に説明する。
フィードフォワード演算部１０は、速度指令ｙｃに基づいて、モータ１２１のモータ速度ｙを制御するための参照値となる速度参照値（動作参照値）ｙｒと、モータ１２１が速度参照値ｙｒに一致するよう動作するために必要なトルクをフィードフォワードトルクｕｆとして演算して、出力する。
【００２７】
制御偏差演算部５０は、速度参照値ｙｒと、モータ速度ｙと、後述する動作補正値ｙｈとを入力とし、帰還制御によって低減させる偏差信号である制御偏差ｅを出力する。次に、偏差補償演算部２０は、制御偏差ｅに対してＰＩ（比例積分）制御により制御偏差ｅを定常的に０にするよう低減するための積分動作を含む帰還制御演算を行い、その結果を偏差補償トルクｕｂとして出力する。
【００２８】
反力補償演算部４０は、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとを入力とし、これらの比較に基づく演算によって、モータ１２１の動作を補正する信号である動作補正値ｙｈを出力する。トルク指令合成部３０は、フィードフォワードトルクｕｆと偏差補償トルクｕｂとを入力として、トルク指令ｕを出力する。
【００２９】
モータ制御装置１００は、トルク指令ｕを電流制御器１１０に出力し、電流制御器１１０がモータ１２１の電流を制御することで、モータ１２１は、トルク指令ｕに応じたトルクを発生する。
【００３０】
図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ制御装置１００を適用したウェブ搬送制御システムの模式図である。図２におけるウェブ搬送制御システムは、モータ１２１、動作検出器１２２、巻き取りロール１２３、搬送材１２４、巻き出しロール１２５、および巻き出し軸モータ１２６を備えている。
【００３１】
モータ１２１は、巻き取りロール１２３を駆動することで、鋼板、紙、フィルム等、帯状の搬送材１２４の巻き取りを行う。搬送材１２４は、巻き出しロール１２５から巻き出され、巻き出しロール１２５は、速度制御等が実施される巻き出し軸モータ１２６によって、所定のライン速度に応じて巻き出しが実施される。
【００３２】
モータ制御装置１００は、上述のように、動作検出器１２２で検出したモータ１２１のモータ速度ｙと、外部から入力した反力参照値ｆｒと、速度指令ｙｃとに基づいてトルク指令ｕを出力することで、電流制御器（図２では図示していないが、図１の電流制御器１１０に相当）を介してモータ１２１の発生トルクを制御する。
【００３３】
次に、このようなウェブ搬送制御システムに適用される図２に示したモータ制御装置１００の動作の詳細と特徴について、図１の構成に基づいて説明する。モータ制御装置１００において、反力参照値ｆｒの入力、反力補償演算部４０、および動作補正値ｙｈを除去した部分は、規範モデル型制御と呼ばれる２自由度制御として一般的な構成であり、まず始めに、その部分についての動作を説明する。
【００３４】
フィードフォワード演算部１０は、入力された速度指令ｙｃに対して、モータ１２１の動作が振動的にならないようローパスフィルタ等の演算を行った結果を、速度参照値ｙｒとして出力する。また、それと同時に、フィードフォワード演算部１０は、速度参照値ｙｒの微分値（加速度）に対して、モータ１２１や、巻き取りロール１２３といったモータ１２１で駆動する部分（駆動対象）の慣性モーメント値を乗じることで、モータ１２１の加減速に必要な慣性トルクを計算する。
【００３５】
さらに、フィードフォワード演算部１０は、速度参照値ｙｒに基づいて駆動対象に生じる摩擦トルクを計算し、慣性トルクと摩擦トルクとの和をフィードフォワードトルクｕｆとして出力する。
【００３６】
ここで、モータ１２１および巻き取りロール１２３からなる駆動対象の機械剛性が高く、慣性モーメントや摩擦が正確にモデル化できていると仮定する。このような仮定をした場合、搬送材１２４で発生する張力を無視すると、フィードフォワード演算部１０は、速度参照値ｙｒの変化に対してモータ１２１の速度ｙが一致して追従するために必要なトルクを、フィードフォワードトルクｕｆとして生成していることとなる。
【００３７】
次に、制御偏差演算部５０は、速度参照値ｙｒと、モータ速度ｙと、後述の反力補償演算部４０で演算される動作補正値ｙｈとを入力する。そして、制御偏差演算部５０は、これらの入力に基づいて、速度参照値ｙｒからモータ速度ｙを減算した値（すなわち速度偏差）に動作補正値ｙｈを加算した値を制御偏差ｅとして出力する。なお、この加減算の順序は、特に同じである必要はなく、等価な演算を行えばよい。
【００３８】
次に、偏差補償演算部２０は、制御偏差ｅを入力とし、あらかじめ設定された制御定数である積分ゲインωｉと比例ゲインＫｖとを用いて、次式（１）で表される比例積分（ＰＩ）制御を行う。具体的には、偏差補償演算部２０は、制御偏差ｅを定常的に０にするよう低減するための積分動作を含んだ帰還制御演算を行い、その結果を、偏差補償トルクｕｂとして出力する。
ｕｂ＝Ｋｖ・｛１＋（ωｉ／ｓ）｝・ｅ
＝Ｋｖ・｛（ｓ＋ωｉ）／ｓ｝・ｅ                                （１）
上式（１）において、ｓはラプラス演算子を表しており、積分ゲインωｉは、偏差補償演算部２０の零点に対応する。
【００３９】
次に、トルク指令合成部３０の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１におけるトルク指令合成部３０の内部構成を表すブロック図である。図３に示したトルク指令合成部３０は、帰還トルクフィルタ３１およびトルク加算器３２を備えている。
【００４０】
トルク指令合成部３０は偏差補償トルクｕｂとフィードフォワードトルクｕｆとを入力する。そして、トルク指令合成部３０内の帰還トルクフィルタ３１は、偏差補償トルクｕｂに対して、定常成分以外の所定の周波数成分を除去するような帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）の演算を行う。
【００４１】
また、トルク加算器３２は、帰還トルクフィルタ３１の出力とフィードフォワードトルクｕｆとの加算を行い、トルク指令ｕとして出力する。すなわち、トルク指令合成部３０は、次式（２）で表される演算を行い、フィードフォワードトルクｕｆと偏差補償トルクｕｂとに基づいて、定常的な特性がこれらの加算となる演算を行っている。
ｕ＝ｕｆ＋Ｆｂ（ｓ）・ｕｂ                                          （２）
【００４２】
ここで、上記の帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）の演算は、通常は、上式（１）に記した偏差補償演算部２０の制御定数で決まる制御帯域より高い周波数領域において、所定の周波数成分を除去するものであり、例えば、ローパスフィルタや、ノッチフィルタと呼ばれるものを用いる。これにより、モータ速度ｙを帰還する帰還制御ループの安定性を向上させ、それと合わせて、偏差補償演算部２０のゲインを高く設定することによって、制御偏差ｅを速い応答で低減させる目的を有する。このことから、上式（２）における帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）は、通常の速度制御において制御系の高応答化を行うために必要不可欠なものであるとともに、場合により複雑な特性を持たせるものである。
【００４３】
上記のように、本実施の形態１におけるモータ制御装置１００は、反力参照値ｆｒの入力、反力補償演算部４０、および動作補正値ｙｈを除去した部分において、規範モデル制御と呼ばれる２自由度制御の構成をしている。この結果、搬送材１２４の張力の影響を無視した状況において、モータ速度ｙが速度参照値ｙｒに高精度に一致するように制御することを可能にしている。
【００４４】
次に、反力補償演算部４０の動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１における反力補償演算部４０の内部構成を表すブロック図である。図４に示した反力補償演算部４０は、トルク補正量演算部４１、反力補償増幅部４２、反力補償制限部４３、および反力補償フィルタ４４を備えている。そして、この反力補償演算部４０は、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとを入力とし、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとの比較に基づいて、トルク補正量ｕｈを演算する。
【００４５】
図２に示したウェブ搬送制御システムにおいて、搬送材１２４に一定の張力を与えながら搬送する動作を想定した場合を考える。この場合、外部からモータ制御装置１００に入力する反力参照値ｆｒは、搬送材１２４に与える張力と釣り合うモータ１２１のトルクの値が設定される。そして、トルク補正量演算部４１は、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとの比較を行い、これらの差である反力偏差ｆｅをトルク補正量ｕｈとして出力する。
【００４６】
次に、反力補償増幅部４２は、トルク補正量ｕｈに所定の定数である反力補償ゲインＫｈを乗じた結果を出力する。次に、反力補償制限部４３は、反力補償増幅部４２の出力に対して、あらかじめ設定された反力補償制限値で大きさを制限した結果を出力する。さらに、反力補償フィルタ４４は、反力補償制限部４３の出力に対して、次式（３）で表すような所定の極、すなわち遮断周波数ωｆを有するローパスフィルタＦｈ（ｓ）の演算を行った結果を、動作補正値ｙｈとして出力する。
Ｆｈ（ｓ）＝ωｆ／（ｓ＋ωｆ）                                      （３）
【００４７】
ここで、上記の反力補償フィルタ４４は、偏差補償演算部２０と反力補償演算部４０と制御偏差演算部５０とからなる演算ループから高い周波数成分を除去し、この演算ループの演算を安定に行う目的のものである。
【００４８】
また、反力補償演算部４０は、モータ制御装置１００の特性が不必要に複雑になるのを防ぎ、所望の制御特性を簡単に実現するために、反力補償フィルタ４４における遮断周波数ωｆを、偏差補償演算部２０の制御定数である積分ゲインωｉ、すなわち零点に一致させるように、次式（４）のように設定する。
ωｆ＝ωｉ                                                          （４）
【００４９】
また、反力補償演算部４０は、外部から設定したパラメータである反力補償周波数ωｈと、偏差補償演算部２０の制御定数である積分ゲインωｉと、比例ゲインＫｖとに基づいて、反力補償ゲインＫｈを次式（５）のように設定する。
Ｋｈ＝ωｈ／（Ｋｖ・ωｉ）                                          （５）
【００５０】
ここで、偏差補償トルクｕｂの役割について説明する。速度指令ｙｃおよび速度参照値ｙｒの変化に応じてモータを加減速するための慣性モーメントおよび摩擦を補償するために必要なトルクは、フィードフォワード演算部１０でフィードフォワードトルクｕｆとして演算され、トルク指令合成部３０でトルク指令ｕへと加算されている。
【００５１】
従って、偏差補償トルクｕｂは、単純にモデル化できない機械特性や摩擦特性等、フィードフォワード演算部１０におけるモデル化誤差に起因して発生するモータ１２１の速度誤差を補償する働きとともに、モータ１２１および巻き取りロール１２３からなる駆動対象が搬送材１２４の張力に抗するために必要な反力を供給する働きをしている。すなわち、偏差補償トルクｕｂの働きは、モータ１２１の速度制御と、搬送材１２４に張力を供給するためのトルク制御とが複合した目的を有する。
【００５２】
従って、モータ制御装置１００を上記のように構成することで、速度指令ｙｃに基づく速度制御を行いながら、偏差補償トルクｕｂが搬送材１２４に発生させる張力に釣り合うトルクに近づくよう、動作補正値ｙｈを用いて制御偏差ｅが修正される。このため、速度指令ｙｃに対して、モータ１２１が高精度に追従するよう加減速を行いながら、搬送材１２４に発生させる張力が、反力参照値ｆｒに対応した値になるよう制御することが可能になる。
【００５３】
次に、モータ制御装置１００のより詳しい特性について説明する。モータ制御装置１００において、反力参照値ｆｒから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、次式（６）で表される。
ｕｂ／ｆｒ＝ωｈ／（ｓ＋ωｈ）                                      （６）
すなわち、反力参照値ｆｒから偏差補償トルクｕｂまでの伝達特性は、反力補償周波数ωｈを遮断周波数とするローパス特性となる。
【００５４】
また、反力補償演算部４０が追加されたことにより、モータ速度ｙから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、元々は上式（１）の正負の符号だけを反転させた比例積分特性だったものが、次式（７）へと変化する。
ｕｂ／ｙ＝−Ｋｖ・（ｓ＋ωｉ）／（ｓ＋ωｈ）                        （７）
【００５５】
すなわち、反力補償演算部４０を追加することで、モータ速度ｙから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数が、比例積分演算における積分動作を擬似積分に変化させた特性となる。言い換えると、上記特性は、元々、モータ速度の定常偏差が０になるように動作していた偏差補償演算部２０の上式（１）の特性に対して、反力補償周波数ωｈを遮断周波数とするハイパスフィルタを追加したのと同様な特性となっている。
【００５６】
上式（６）および上式（７）より、偏差補償トルクｕｂは、反力参照値ｆｒの低周波数成分と、反力補償演算部４０を追加しない場合の偏差補償トルクｕｂの高周波数成分とを合成した信号となっている。また、上式（６）および上式（７）から解るように、反力補償周波数ωｈが設定可能な範囲は、モータ制御装置１００の計算周期に起因した制限はあるものの、実質的な無限大まで大きく設定することが可能である。
【００５７】
このように反力補償周波数ωｈを実質的な無限大まで大きくした場合、モータ速度から偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、実質的に０となるとともに、反力参照値ｆｒから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、実質的に１となる。すなわち、モータ速度ｙをトルク指令ｕへとフィードバックする制御ループは、実質的に切断されるとともに、偏差補償トルクｕｂを反力参照値ｆｒに一致させることで、フィードフォワード的なトルク制御を行う特性となる。
【００５８】
従って、反力補償周波数ωｈの設定によって、速度指令ｙｃにモータ速度ｙが追従するよう要求される速度制御と、反力参照値ｆｒに応じたトルクを生成するようなトルク制御とを複合させた特性を、ウェブ搬送制御システムの特徴や制御の目的に応じて、幅広い特性で実現できる。
【００５９】
例えば、加減速が急峻な場合や、モータ１２１のトルクリップルが問題になる場合など、巻き取りロール１２３の回転動作精度に起因した問題が大きい場合には、速度制御の特性を強めた設定、すなわち、低めの反力補償周波数ωｈの設定にする。逆に、搬送材１２４が急に引っ張られるような急激な張力変化がある場合には、トルク制御の特性を強めた設定、すなわち、高めの反力補償周波数ωｈの設定にする。このような設定を行うことで、より安定なウェブ搬送制御が可能になる。
【００６０】
次に、上記のように速度制御とトルク制御とが複合した特性を幅広い特性として、また、上式（６）および上式（７）で表されるように把握が容易な特性として実現するための、本実施の形態１のモータ制御装置１００の構成上の特徴について述べる。
【００６１】
本実施の形態１では、比例積分演算を行っている偏差補償演算部２０の特性に対応して、反力補償演算部４０において、反力補償フィルタ４４を備え、反力補償フィルタ４４の極を偏差補償演算部２０の零点と一致させている。これにより、上式（６）および上式（７）は、本来は、分母と分子の次数がさらに１次高い複雑な特性となるところであるが、次数が実質的に低減され、上記のように簡単な特性として設定できるようになる。
【００６２】
また、反力補償演算部４０と、制御偏差演算部５０と、偏差補償演算部２０とから構成されるモータ制御装置１００内部の演算ループの開ループ特性が、単純な積分特性となる。この結果、ゲインによらず安定なループ演算が可能となり、反力補償周波数ωｈにより設定される上式（６）および上式（７）の極、すなわち内部帰還ループの閉ループ極を、０から無限大まで簡単に設定することを可能にしている。
【００６３】
また、偏差補償演算部２０の制御定数を用いて、上式（５）のように反力補償増幅部４２の反力補償ゲインＫｈを設定している。この結果、モータ制御装置１００の特性を、外部から設定した反力補償周波数ωｈに対応した周波数領域での特性を考慮しながら、所望の特性に設定可能にしている。
【００６４】
次に、反力補償制限部４３により得られる効果について説明する。反力補償制限部４３は、反力補償フィルタ４４の入力側に設定されている。そして、反力補償フィルタ４４は、上述のようにローパスフィルタなので、実質的には反力補償フィルタ４４が出力する動作補正値ｙｈを反力補償制限値で制限している。これにより、上記のようなトルク制御と速度制御とが複合した制御を行っている場合でも、速度参照値ｙｒとモータ速度ｙとの定常偏差が反力補償制限値を越えないように、速度制御を動作させることができる。
【００６５】
従って、例えば、搬送材１２４が切断された場合でも、モータ速度ｙと速度指令ｙｃとの偏差が所定値より大きくならないようにして暴走を防ぐ働きを持たせることができる。また、フィードフォワード演算部１０におけるフィードフォワードトルクｕｆの演算におけるモデル化誤差が過大で、実際の摩擦が想定よりも大きいような場合でも、モータ速度ｙが極端に小さくなるのを防ぎ、搬送材１２４が緩みすぎて巻き取りが困難になるのを防ぐ働きを持たせることができる。
【００６６】
また、反力補償制限部４３が反力補償フィルタ４４の出力側でなく入力側についていることで、反力補償フィルタ４４の作用で遅れた信号を元に制限判断を行うよりも早い制限判断が可能になる。この結果、制限動作時のオーバーシュートを抑制する効果が得られ、また、制限動作が発生した場合における動作補正値ｙｈの変化を緩やかにして、制御系に与えるショックを低減させることができる。
【００６７】
上記では、モータ１２１の速度制御を行いながら、常時、搬送材１２４に与える張力の制御も行う場合を想定し、偏差補償トルクｕｂが反力参照値ｆｒに一致するよう、反力補償演算部４０が常に動作するように構成していた。しかしながら、同様なウェブ搬送制御システムにおいても、例えば、印刷機械のように、複数のモータ軸の動作がなるべく同期するよう、指令に対する追従精度が最重要視される場合や、あるいはウェブ搬送ラインの始動時において十分な張力を与えるまでの過渡的動作の場合など、基本的には、モータ速度ｙが速度指令ｙｃあるいは速度参照値ｙｒになるべく正確に一致するような速度制御を行い、搬送材１２４の張力が所定の値に到達した時点で張力制御に移行させる動作や、あるいは搬送材１２４の張力が所定の値より大きくならない範囲で速度制御を行う動作がモータ制御装置１００に要求される場合があり、動作条件の違いに対応した高機能な制御特性が望まれる。
【００６８】
このような動作条件の違いによる要求に対応してモータ制御装置１００を動作させる場合、反力補償演算部４０におけるトルク補正量演算部４１の動作において、上述の説明では、単に反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとの差である反力偏差ｆｅをそのままトルク補正量ｕｈとしていた。しかしながら、例えば、反力偏差ｆｅが負の場合のみ反力偏差ｆｅをトルク補正量ｕｈとし、ｆｅが正の場合には、トルク補正量ｕｈを０とするといった、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとの比較に基づいた非線形な演算によりトルク補正量ｕｈの演算を行ってもよい。
【００６９】
これにより、搬送材１２４の張力が小さい状態では、反力参照値ｆｒより偏差補償トルクｕｂが小さいため、トルク補正量ｕｈや動作補正値ｙｈが０となり、モータ制御装置１００は、単に速度制御として動作する。一方で、搬送材１２４の張力が大きくなると、それに対抗するよう速度制御を行うために、偏差補償トルクｕｂが大きくなり、偏差補償トルクｕｂが反力参照値ｆｒを超えると、反力補償演算部４０がモータ１２１の速度を低下させるように動作補正値ｙｈを出力する。このようにすることで、搬送材１２４の張力が反力参照値ｆｒと釣り合う量より大きくならないように制御するといった、高機能な制御を実現できる。
【００７０】
次に、上記のように、ウェブ搬送制御における各種の運転条件に対応した高機能な制御を、反力補償演算部４０を追加するだけの簡単な演算で実現可能とする、本実施の形態１によるモータ制御装置１００の構成上の特徴について説明する。
【００７１】
まず、モータ制御装置１００は、速度指令ｙｃにモータ速度ｙが追従するように、トルク指令ｕの演算を行う速度制御を基礎にしている。さらに、モータ制御装置１００は、従来のドルーピング制御とは異なり、外部から入力した反力参照値ｆｒを参照した制御演算の修正を行うことで、速度制御と、搬送材１２４の張力を考慮したトルク制御とが複合した特性を持つことを可能にしている。
【００７２】
また、その方法として、反力参照値ｆｒとモータ制御装置１００で演算した変数（偏差補償トルクｕｂ）との、差分等の比較演算を行った結果に基づいて、制御演算の修正を行う。これにより、所定の張力値を基準としたモータ制御装置１００の動作状況に応じて制御演算の修正を行い、簡単な非線形演算を導入するだけで、動作状況に応じた高機能な制御を実現可能にしている。
【００７３】
さらには、反力参照値ｆｒとの比較を行うモータ制御装置１００の変数として、モータ制御装置１００の内部において、トルク指令ｕを計算する中間変数である偏差補償トルクｕｂを用いている。この偏差補償トルクｕｂは、トルク指令ｕの計算過程において、フィードフォワードトルクｕｆを加算する前の変数であるため、モータ１２１の加減速に必要なトルクは含まれない。そのため、速度指令ｙｃの加減速に対しては、モータ速度ｙが正確に追従するようフィードフォワードトルクｕｆを加算してトルク指令ｕを生成しながら、搬送材１２４に与える張力に対応したトルクだけ反力参照値ｆｒと比較を行って補正することができる。
【００７４】
また、反力参照値ｆｒと比較する偏差補償トルクｕｂは、速度帰還制御を高応答化するために不可欠な帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）を施す前の信号である。このため、偏差補償演算部２０と反力補償演算部４０からなるモータ制御装置１００内部でのループ演算における不必要な遅れを除去し、反力補償周波数ωｈを実質的な無限大まで大きくできるよう構成している。
【００７５】
これにより、反力補償周波数ωｈの設定範囲に実質的な制約を設ける必要がなく、状況に応じて偏差補償トルクｕｂを反力参照値ｆｒに一致させる制御を、高応答に行うことを可能にする。さらに、モータ制御装置１００の特性を、所望の複合的な特性に簡単に設定できるようにしている。
【００７６】
なお、上記説明において、トルク指令合成部３０は、先の図３および上式（２）で表す演算を行う、すなわち、フィードフォワードトルクｕｆからトルク指令ｕまでの伝達関数が１の演算を行う場合について説明した。しかしながら、上述した制御帯域以上の周波数成分を変更するような処理を行っても実質的な効果に大差はない。
【００７７】
例えば、先の図３および上式（２）の演算に代えて、フィードフォワードトルクｕｆと偏差補償トルクｕｂとの和に上述の帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）を作用させることで、トルク指令ｕの演算を行ってもよい。すなわち、トルク指令合成部３０は、トルク指令ｕが、帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）により偏差補償トルクから定常成分以外の所定の周波数成分を除去した信号と、フィードフォワードトルクｕｆの定常成分を含む信号の和となるように演算すればよい。これにより、トルク指令合成部３０は、定常的な特性がフィードフォワードトルクｕｆと偏差補償トルクｕｂとの加算となる特性の演算を行っている。
【００７８】
また、上記説明において、反力補償演算部４０は、反力補償フィルタ４４の極を偏差補償演算部２０の零点に一致させるように設定した。しかしながら、完全には一致させなくとも、類似の効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
以上のように、実施の形態１によれば、上述した構成を有することで、ウェブ搬送制御を用途としたモータ制御装置において、速度指令の変化に対してモータ速度を正確に追従させながら、搬送材に発生させる張力を所望の値で一定に保つことができる。さらに、速度制御と、張力に対応したトルク制御とが複合した制御を幅広い特性で実現でき、ウェブ搬送制御としての各種用途や運転状況に応じた高機能な制御を、簡単な演算で実現することができる。
【００８０】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図５に示したモータ制御装置２００は、フィードフォワード演算部１０、偏差補償演算部２０ａ、トルク指令合成部３０、反力補償演算部４０ａ、および制御偏差演算部５０を備えて構成されている。図１と同一符号は同一部分を表し、その説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態２におけるモータ制御装置２００は、先の実施の形態１と同様に、図２に示したウェブ搬送制御システムを用途としたもので、図２におけるモータ制御装置１００を置き換えたものである。また、本実施の形態２におけるモータ制御装置２００は、先の実施の形態１におけるモータ制御装置１００と比較すると、偏差補償演算部２０ａおよび反力補償演算部４０ａの内部構成が異なっている。
【００８２】
そこで、モータ制御装置２００の構成について、先の実施の形態１における図１との違いを中心に、図５を用いて説明する。まず始めに、偏差補償演算部２０ａについて説明する。先の実施の形態１における偏差補償演算部２０は、制御偏差ｅに対する比例積分演算を行っていた。これに対して、本実施の形態２における偏差補償演算部２０ａは、積分演算と比例演算とを分離して演算し、それらの入力に若干の変更を行った構成にしたものである。
【００８３】
図６は、本発明の実施の形態２における偏差補償演算部２０ａの内部構成を表すブロック図である。偏差補償演算部２０ａは、制御偏差ｅと、速度参照値ｙｒと、モータ速度ｙとを入力としている。そして、その内部において、積分増幅器２１は、制御偏差ｅに対して、あらかじめ設定した制御定数である積分ゲインωｉの乗算と積分とを行った結果を出力する。また、加減算器２２は、積分増幅器２１の出力に対して、速度参照値ｙｒを加算し、モータ速度ｙを減算した結果を出力する。さらに、比例増幅器２３は、加減算器２２の出力に対して、あらかじめ設定した制御定数である比例ゲインＫｖを乗じた値を、偏差補償トルクｕｂとして出力する。
【００８４】
すなわち、偏差補償演算部２０ａは、次式（８）で表される演算を行う。
ｕｂ＝Ｋｖ｛（ωｉ／ｓ）・ｅ＋（ｙｒ−ｙ）｝                        （８）
従って、偏差補償演算部２０ａは、制御偏差ｅを定常的に０にするよう低減するための積分動作を含んだ帰還制御演算を行い、制御偏差ｅから偏差補償トルクｕｂまでの伝達特性が積分特性となるように演算している。
【００８５】
ここで、上式（８）における右辺波括弧内の第２項は、速度参照値ｙｒとモータ速度ｙとの偏差に対して比例補償を行っている項である。そして、この第２項は、モータ速度ｙの帰還ループを安定に保つ効果を有するとともに、過渡的に速度参照値ｙｒとモータ速度ｙとの偏差を小さくするように制御する効果がある。しかしながら、偏差補償演算部２０ａは、定常的には、上式（８）において積分される制御偏差ｅを０にするように動作する。
【００８６】
次に、反力補償演算部４０ａについて説明する。反力補償演算部４０ａは、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとを入力とし、動作補正値ｙｈを出力する。図７は、本発明の実施の形態２における反力補償演算部４０ａの内部構成を表すブロック図である。この図７に示す反力補償演算部４０ａは、先の実施の形態１における図４に示した反力補償演算部４０の反力補償フィルタ４４を除去したものに相当し、それ以外の動作は、同じである。
【００８７】
すなわち、反力補償演算部４０ａは、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとを入力とする。そして、反力補償演算部４０ａ内部のトルク補正量演算部４１は、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとの比較に基づいて、トルク補正量ｕｈを演算する。次に、反力補償増幅部４２は、トルク補正量ｕｈに所定の定数である反力補償ゲインＫｈを乗じた結果を出力する。
【００８８】
さらに、反力補償制限部４３は、反力補償増幅部４２の出力に対して、あらかじめ設定された反力補償制限値での制限動作を行った結果を、動作補正値ｙｈとして出力する。
【００８９】
また、反力補償演算部４０ａは、偏差補償演算部２０ａの制御定数である積分ゲインωｉおよび比例ゲインＫｖと、外部から設定した反力補償周波数ωｈとを用いて、反力補償ゲインＫｈを、先の実施の形態１における上式（５）と同様にして、次式（９）を用いて設定する。
Ｋｈ＝ωｈ／（Ｋｖ・ωｉ）                                          （９）
【００９０】
また、制御偏差演算部５０は、先の実施の形態１と同様に、動作補正値ｙｈと、速度参照値ｙｒと、モータ速度ｙとを入力とし、速度参照値ｙｒと動作補正値ｙｈとの加算値からモータ速度ｙを減算した値を、制御偏差ｅとして出力する。
【００９１】
本実施の形態２におけるモータ制御装置２００は、上記のように構成することで、反力参照値ｆｒから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数が下式（１０）で表される。
ｕｂ／ｆｒ＝ωｈ／（ｓ＋ωｈ）                                    （１０）
【００９２】
また、モータ速度ｙから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、次式（１１）となる。
ｕｂ／ｙ＝Ｋｖ・（ｓ＋ωｉ）／（ｓ＋ωｈ）                        （１１）
【００９３】
上式（１０）および上式（１１）は、先の実施の形態１における式（６）および式（７）と全く同一の式となる。すなわち、先の実施の形態１における偏差補償演算部２０は、比例積分演算を行っていた。これに対して、本実施の形態２では、上述のような構成に変更し、制御偏差ｅから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数が積分特性になるように演算させている。このため、先の実施の形態１の反力補償演算部４０では必要であった反力補償フィルタ４４が、本実施の形態２では不要になり、その分、演算量を減少させ、簡単な演算で同等な特性を実現可能にしている。
【００９４】
なお、巻き取りロール１２３のロール径として想定している値が実際と異なる場合など、搬送材１２４の張力を所望の値に正確に保つためには、速度指令ｙｃとモータ速度ｙとの間に定常偏差を持たせる必要がある。このような条件で、偏差補償トルクｕｂの定常的な値を反力参照値ｆｒで指定した値に完全に一致させる必要がある場合が考えられる。このような場合には、上記の説明においては単なる比例演算とした反力補償演算部４０ａにおける反力補償増幅部４２の演算を、比例積分演算にすればよいことは容易に理解できる。
【００９５】
以上のように、実施の形態２によれば、上述した構成を有することで、先の実施の形態１と同様に、ウェブ搬送制御を用途としたモータ制御装置において、速度指令の変化に対してモータ速度を正確に追従させながら、搬送材に発生させる張力を所望の値で一定に保つことができる。さらに、速度制御と、張力に対応したトルク制御とが複合した制御を幅広い特性で実現でき、ウェブ搬送制御としての各種用途や運転状況に応じた高機能な制御を、簡単な演算で実現することができる。
【００９６】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３におけるモータ制御装置を示すブロック図である。本実施の形態３は、１つの駆動対象（ワーク）を２つのモータで同期制御を行いながら駆動する並列駆動制御の用途を想定したものである。本実施の形態は、このような並列駆動制御において、２つのモータの各位置を検出する位置検出器の誤差や、駆動対象とモータとを機械的に結合させる際の機械的誤差（以下では軸間機械誤差と呼ぶ）に起因して、単に各軸の位置制御を正確に行っただけでは、各モータ間の機械的な捻りに起因した軸間干渉力が大きくなる問題に対応するものである。
【００９７】
また、このような並列駆動制御でも、位置制御と速度制御の両方の場合が考えられるが、本実施の形態３では、位置制御を行う並列駆動制御について説明する。また、本実施の形態３は、回転モータによる回転駆動の場合でも、リニアモータによる直線駆動の場合でも全く同様なものであるが、以下では、回転駆動の場合としての用語を用いて説明する。
【００９８】
まず、モータ制御装置３００の全体構成について、図８を用いて説明する。図８に示したモータ制御装置３００は、従軸制御部３１０と主軸制御部３２０とで構成されている。そして、従軸制御部３１０は、電流制御器（従軸電流制御器）１１０ａを介してモータ（従軸モータ）１２１ａと接続されており、同様に、主軸制御部３２０は、主軸電流制御器１１０ｂを介して主軸モータ１２１ｂと接続されている。
【００９９】
モータ１２１ａおよび主軸モータ１２１ｂは、それぞれシャフトやボールネジを介して１つの駆動対象１３０を駆動する。動作検出器１２２ａおよび主軸動作検出器１２２ｂは、それぞれ、モータ１２１ａと主軸モータ１２１ｂの回転位置をモータ位置（モータ動作検出値）ｙ、主軸モータ位置ｙ＿ｍとして検出し、モータ制御装置３００に入力する。
【０１００】
また、モータ制御装置３００には外部から位置指令（動作指令）ｙｃが入力される。そして、主軸制御部３２０は、位置指令ｙｃと主軸モータ位置ｙ＿ｍとを入力とし、後述の演算により、主軸モータ１２１ｂに対する主軸トルク指令ｕ＿ｍと、従軸制御部３１０に対する反力参照値ｆｒとを出力する。一方、従軸制御部３１０は、位置指令ｙｃと、モータ位置ｙと、反力参照値ｆｒとを入力とし、後述の演算により、モータ１２１ａに対するトルク指令ｕを出力する。
【０１０１】
モータ制御装置３００は、電流制御器１１０ａおよび主軸電流制御器１１０ｂにそれぞれトルク指令ｕと主軸トルク指令ｕ＿ｍを出力する。そして、電流制御器１１０ａおよび主軸電流制御器１１０ｂは、トルク指令ｕ、主軸トルク指令ｕ＿ｍに基づいて、それぞれモータ１２１ａ、主軸モータ１２１ｂの電流を制御する。この結果、モータ１２１ａおよび主軸モータ１２１ｂが、トルク指令ｕおよび主軸トルク指令ｕ＿ｍに対応したトルクを発生することとなる。
【０１０２】
従軸制御部３１０は、先の実施の形態１におけるモータ制御装置１００と同様に、フィードフォワード演算部１０Ｓ、偏差補償演算部２０Ｓ、トルク指令合成部３０Ｓ、反力補償演算部４０Ｓ、および制御偏差演算部５０Ｓを備えて構成されている。そこで、まず始めに、従軸制御部３１０において通常の位置制御と同様に動作する、反力補償演算部４０Ｓ以外の部分について説明する。
【０１０３】
フィードフォワード演算部１０Ｓは、入力された位置指令ｙｃに対して、モータ１２１ａの動作が振動的にならないようローパスフィルタ等の演算を行った結果を位置参照値（動作参照値）ｙｒとして出力する。また、それと同時に、フィードフォワード演算部１０Ｓは、位置参照値ｙｒを２階微分した加速度信号にモータ１２１ａが駆動する駆動部分の慣性モーメントの設定値を乗じる演算に基づいて、モータ１２１ａの加減速に必要なトルクを計算し、フィードフォワードトルクｕｆとして出力する。
【０１０４】
ここで、上記のモータ１２１ａが駆動する駆動部分の慣性モーメントとは、モータ（従軸モータ）１２１ａと主軸モータ１２１ｂと駆動対象１３０の全体の慣性モーメントのうち、従軸モータ１２１ａで分担させる分である。従って、主軸モータ１２１ｂと従軸モータ１２１ａおよび駆動対象１３０とが完全に対称的に構成されている場合には、全体の慣性モーメントの半分で良い。しかしながら、例えば、従軸モータ１２１ａと主軸モータ１２１ｂの容量が異なる場合や、駆動対象１３０の重心が偏っている場合などには、駆動対象１３０および各モータが同期して駆動されるよう、全体の慣性モーメントを適切な割合で分担させて設定する。
【０１０５】
次に、従軸制御部３１０内の制御偏差演算部５０Ｓの動作について、図面を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態３における制御偏差演算部５０Ｓの内部構成を表すブロック図である。制御偏差演算部５０Ｓは、位置参照値ｙｒと、モータ位置ｙと、後述する動作補正値ｙｈとを入力とし、位置参照値ｙｒとモータ位置ｙとの偏差である位置偏差ｙｅに位置ゲインＫｐを乗じた信号と、位置偏差ｙｅを微分した信号（速度偏差）と、動作補正値ｙｈとを加算した信号を制御偏差ｅとして出力する。
【０１０６】
ここで、上記の演算により、制御偏差ｅは、速度の次元を持つ信号となるような演算を行っている。しかしながら、本質的には、制御偏差演算部５０Ｓは、位置偏差ｙｅとその微分値（速度偏差）と動作補正値ｙｈとを適切な比率で加算した線形和として、低減すべき制御偏差ｅを演算するものである。すなわち、位置参照値ｙｒとモータ位置ｙとの偏差と動作補正値ｙｈとに基づいた演算によって制御偏差ｅを出力する。
【０１０７】
偏差補償演算部２０Ｓは、先の実施の形態１における偏差補償演算部２０と同様に、あらかじめ設定された制御定数である積分ゲインωｉと比例ゲインＫｖを用いた、上式（１）で表される比例積分（ＰＩ）制御を行う。これにより、偏差補償演算部２０Ｓは、制御偏差ｅを定常的に０にするよう低減するための積分動作を含んだ帰還制御演算を行い、その結果を偏差補償トルクｕｂとして出力する。
【０１０８】
トルク指令合成部３０Ｓは、先の実施の形態１における図３に示したトルク指令合成部３０と同様に、偏差補償トルクｕｂとフィードフォワードトルクｕｆとを入力とし、帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）を用いて、上式（２）で表される演算を行い、トルク指令ｕを出力する。ここで、帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）の演算は、先の実施の形態１と同様に、ローパスフィルタや、ノッチフィルタと呼ばれる、所定の周波数成分を低減するものを用いる。
【０１０９】
この帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）は、駆動対象１３０における機械共振等に対応して制御系の安定性を向上させ、偏差補償演算部２０Ｓのゲインを高く設定して制御偏差ｅを速い応答で低減させる目的を有する。このことから、トルク指令合成部３０Ｓにおける帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）は、通常の位置制御にとって必要不可欠なものであるとともに、場合によっては複雑な特性を持たせるものである。
【０１１０】
次に、主軸制御部３２０の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態３における主軸制御部３２０の内部構成を表すブロック図である。主軸制御部３２０は、主軸フィードフォワード演算部１０Ｍ、主軸偏差補償演算部２０Ｍ、主軸トルク指令合成部３０Ｍ、および主軸制御偏差演算部５０Ｍを備えて構成されている。主軸制御部３２０は、主軸モータ１２１ｂに対する制御を行う部分であり、従軸制御部３１０から反力補償演算部４０Ｓを除いた部分と同様な構成のものである。
【０１１１】
主軸制御部３２０内の主軸フィードフォワード演算部１０Ｍは、位置指令ｙｃに基づき、従軸モータ１２１ａに対するフィードフォワード演算部１０Ｓと同様な演算により、主軸位置参照値ｙｒ＿ｍと主軸フィードフォワードトルクｕｆ＿ｍを出力する。
【０１１２】
ただし、従軸制御部３１０のフィードフォワード演算部１０Ｓでは、主軸フィードフォワードトルクｕｆ＿ｍの演算で用いる慣性モーメントの設定値として、全体の慣性モーメントのうち、従軸モータ１２１ａで駆動するよう分担させた値を設定していた。これに対し、主軸フィードフォワード演算部１０Ｍでは、主軸モータ１２１ｂで駆動するよう適切に分担させた慣性モーメントの設定値を用いて、主軸フィードフォワードトルクｕｆ＿ｍの演算を行う。
【０１１３】
主軸制御部３２０内の主軸制御偏差演算部５０Ｍは、従軸制御部３１０における制御偏差演算部５０Ｓから動作補正値ｙｈの入力を除去したものと同様な動作を行う。すなわち、主軸位置参照値ｙｒ＿ｍと主軸モータ位置ｙ＿ｍとの偏差である主軸位置偏差ｙｅ＿ｍに対し、主軸位置偏差ｙｅ＿ｍに位置ゲインを乗じた信号と主軸位置偏差ｙｅ＿ｍを微分した主軸速度偏差とを加算した結果を、主軸制御偏差ｅ＿ｍとして出力する。
【０１１４】
また、主軸偏差補償演算部２０Ｍは、主軸位置偏差ｙｅ＿ｍに基づいて、従軸モータ１２１ａに対する偏差補償演算部２０Ｓと同様な演算により、主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍを出力する。
【０１１５】
また、主軸トルク指令合成部３０Ｍは、主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍと主軸フィードフォワードトルクｕｆ＿ｍに対して、従軸制御部３１０のトルク指令合成部３０Ｓが偏差補償トルクｕｂとフィードフォワードトルクｕｆに対して行った上式（２）の演算と同様な演算を行い、主軸トルク指令ｕ＿ｍを出力する。
【０１１６】
上記のような演算により、主軸制御部３２０は、入力された位置指令ｙｃに基づいて主軸トルク指令ｕ＿ｍを出力する。さらに、これと同時に、主軸制御部３２０は、主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍを、従軸制御部３１０に対する反力参照値ｆｒとして出力する。
【０１１７】
次に、従軸制御部３１０内の反力補償演算部４０Ｓの動作について、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態３における反力補償演算部４０Ｓの内部構成を表すブロック図である。反力補償演算部４０Ｓは、トルク補正量演算部４１、反力補償増幅部４２、反力補償制限部４３、および反力補償フィルタ４４を備えており、先の実施の形態１の図４における反力補償演算部４０と同様な演算を行う。すなわち、反力補償演算部４０Ｓは、主軸制御部３２０から出力された反力参照値ｆｒと、従軸制御部３１０における偏差補償演算部２０Ｓから出力された偏差補償トルクｕｂとを入力とする。
【０１１８】
そして、トルク補正量演算部４１は、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとの比較に基づき、それらの差である反力偏差ｆｅに対して、事前の設定に応じて非線形な不感帯の操作を行った信号を、トルク補正量ｕｈとして出力する。
【０１１９】
反力補償増幅部４２は、トルク補正量ｕｈに所定の定数である反力補償ゲインＫｈを乗じ、出力する。反力補償制限部４３は、反力補償増幅部４２の出力に対して、あらかじめ設定された反力補償制限値で大きさを制限する非線形処理を行った結果を出力する。さらに、反力補償フィルタ４４は、反力補償制限部４３の出力に対して、先の実施の形態１における上式（３）と同様に、遮断周波数ωｆを有するローパスフィルタＦｈ（ｓ）の演算を行った結果を、動作補正値ｙｈとして出力する。
【０１２０】
また、反力補償演算部４０Ｓは、反力補償フィルタ４４における極、すなわち遮断周波数ωｆを、偏差補償演算部２０Ｓにおける比例積分演算の零点である積分ゲインωｉに一致させるように設定する。また、反力補償演算部４０Ｓは、外部から設定したパラメータである反力補償周波数ωｈと、偏差補償演算部２０Ｓの制御定数とに基づいて、先の実施の形態１で述べた上式（５）を用いて、上記の反力補償ゲインＫｈを設定する。
【０１２１】
モータ制御装置３００は、上記のように動作するので、従軸制御部３１０におけるフィードフォワード演算部１０Ｓ、および主軸制御部３２０における主軸フィードフォワード演算部１０Ｍにおいて、従軸モータ１２１ａおよび主軸モータ１２１ｂで分担する慣性モーメントの値を別個に設定して演算したフィードフォワードトルクｕｆおよび主軸フィードフォワードトルクｕｆ＿ｍを用いて各モータを駆動する。
【０１２２】
この結果、各モータの容量が異なったり、駆動対象１３０の重心が偏ったりした場合でも、各モータを正確に同期させながら駆動して、位置指令ｙｃに正確に追従するように加減速を行うことができる。さらに、従軸モータ１２１ａと主軸モータ１２１ｂとの間で駆動対象１３０を捻るように発生する軸間干渉力を抑制するように、従軸モータの動作を補正することが可能になる。
【０１２３】
モータ制御装置３００で得られる特性について、さらに詳細な説明をする。先の図１１に示した反力補償演算部４０Ｓのトルク補正量演算部４１において、上述の不感帯の設定をせず、また反力補償制限部４３が制限動作を行わない場合の線形特性として記述することを考える。この場合、モータ制御装置３００において、主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍ、すなわち反力参照値ｆｒから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、先の実施の形態１における上式（６）と同様に、次式（１２）のローパス特性となる。
ｕｂ／ｕｂ＿ｍ＝ωｈ／（ｓ＋ωｈ）                                （１２）
【０１２４】
また、従軸モータ１２１ａのモータ位置ｙから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、次式（１３）で表される。
ｕｂ／ｙ＝−Ｋｖ・（ｓ＋ωｉ）・（ｓ＋Ｋｐ）／（ｓ＋ωｈ）        （１３）
【０１２５】
ここで、従軸制御部３１０において、反力補償演算部４０Ｓを除去した状態、すなわち等価的に反力補償周波数ωｈを０に設定した場合、上式（１２）は０に、上式（１３）は積分動作を含んだＰＩＤ（比例積分微分）制御と等価な特性となる。すなわち、従軸制御部３１０は、単なる位置制御の特性となる。このため、モータ制御装置３００は、位置指令ｙｃに対して、主軸モータ位置ｙ＿ｍと従軸モータ位置ｙの両方とも、定常偏差が０になるような位置制御を行う。
【０１２６】
次に、反力補償周波数ωｈを０より大きくした場合には、上式（１３）より、モータ位置ｙに対する制御特性が、ＰＩＤ制御の積分器を擬似積分器に変えた特性、言い換えるとＰＩＤ制御に遮断周波数が反力補償周波数ωｈのハイパスフィルタを作用させたのと同様な制御特性となるように、偏差補償トルクｕｂの演算を行う。また、上記演算と同時に、反力参照値ｆｒ、すなわち主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍに対して遮断周波数が反力補償周波数ωｈのローパスフィルタを作用させた信号を加算するような演算によって、偏差補償トルクｕｂを得る。すなわち、従軸制御部３１０は、位置制御とトルク制御の特性を、反力補償周波数ωｈを境にして複合させた制御特性を有することとなる。
【０１２７】
また、反力補償周波数ωｈを実質的な無限大（サンプリング周期の関係で制限される最大値）まで大きくすると、上式（１２）の伝達関数は、実質的に１になり、また、上式（１３）の伝達関数は、実質的に０になる。従って、従軸モータ１２１ａに対する偏差補償トルクｕｂを、常に主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍに一致させるような制御、すなわち、従軸制御部３１０が実質的にはトルク制御の特性となる演算を行う。この場合には、位置指令ｙｃに対する従軸モータ１２１ａのモータ位置ｙの誤差は許容するものの、駆動対象１３０の捻りによる軸間干渉力を発生させないような制御特性となる。
【０１２８】
このように、モータ制御装置３００によれば、従軸制御部３１０の特性を、位置指令に対する定常偏差が０になるような位置制御の特性から、従軸制御部３１０における偏差補償トルクｕｂが常に主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍに一致するようなトルク制御となる特性、または、これらの中間的特性となる位置制御とトルク制御とを複合させた特性へと、反力補償周波数ωｈの設定だけで連続的に特性を変更することが可能である。この結果、モータ制御装置３００は、駆動対象１３０の機械剛性、軸間機械誤差の大きさ、用途に応じた目的などに対応した幅広い特性を実現できる。
【０１２９】
次に、反力補償演算部４０Ｓにおけるトルク補正量演算部４１の不感帯の効果について説明する。このような不感帯を導入することで、駆動対象１３０の捻りに起因して発生する軸間干渉力が不感帯幅より小さい状況では、主軸モータ１２１ｂと従軸モータ１２１ａのそれぞれに対して定常偏差が０になる位置制御の特性を持たせた制御動作を実現できる。
【０１３０】
また、上述の不感帯を設定した上で反力補償周波数ωｈを十分に大きく設定することで、駆動対象１３０の軸間機械誤差が大きい場合には、主軸トルク指令ｕ＿ｍと従軸トルク指令ｕとの差（すなわち、軸間干渉力）が不感帯で設定した大きさになるよう、従軸モータ１２１ａに対するトルク制御の特性を持つ制御動作を実現できる。すなわち、軸間干渉力を、不感帯で設定した許容範囲に制限しながら、位置指令ｙｃに対して主軸モータ位置ｙ＿ｍと従軸モータ位置ｙの両方を一致させるような、位置制御とトルク制御の特性を動作状況に応じて適切に変化させる高機能な制御を実現できる。
【０１３１】
さらに、反力補償演算部４０Ｓにおける反力補償制限部４３により、動作補正値ｙｈが動作補償制限値より大きくならないように制限した場合の効果を説明する。例えば、従軸制御部３１０をトルク制御の特性とした場合、すなわち反力補償周波数ωｈを十分に大きく設定することで軸間干渉力を十分に小さくし、位置指令ｙｃとモータ位置ｙとの偏差を許容するような制御を行った場合を考える。
【０１３２】
このような場合でも、動作補正値ｙｈを動作補正制限値で制限することにより、位置参照値ｙｒとモータ位置ｙとの定常偏差が所定の値（具体的には、動作補償制限値を位置ゲインＫｐで除した値）より大きくはならないよう位置制御が動作する。この結果、位置の定常偏差を所定値以下に制限するといった、位置制御とトルク制御の特性が動作状況に応じて適切に変化する高機能な制御を実現できる。
【０１３３】
実施の形態３によるモータ制御装置３００は、上記のように動作し、主軸制御部３２０の主軸フィードフォワード演算部１０Ｍと、従軸制御部３１０のフィードフォワード演算部１０Ｓとでそれぞれ適切に設定した慣性モーメントの設定値を用いた演算を行う。
【０１３４】
さらに、従軸制御部３１０におけるトルク指令ｕを計算する中間過程の内部変数で、フィードフォワードトルクｕｆを加算する前の変数である偏差補償トルクｕｂと、主軸制御部３２０において同様な内部変数である主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍとの比較に基づいて従軸制御部３１０の制御偏差ｅを修正する。これにより、駆動対象１３０が非対称的な特性の場合でも、駆動対象の捩れに起因した軸間干渉力を抑制しながら、各軸モータの位置の加減速を高精度に制御することができる。
【０１３５】
さらに、前記のような比較に用いる信号として、位置制御の高応答化のために必要不可欠な帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）の出力でなく、帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）の入力側の変数である偏差補償トルクｕｂを用いている。このため、偏差補償演算部２０Ｓと、反力補償演算部４０Ｓと、制御偏差演算部５０Ｓとからなる演算ループにおける無駄な遅れを無くすことができる。
【０１３６】
この結果、従軸モータ１２１ａの制御特性として、通常の高応答な位置制御の特性と、反力参照値ｆｒを基準としたトルク制御の特性と、それらの複合的特性とを、反力補償周波数ωｈの簡単な設定だけで変化させることができる。さらに、上述のように簡単な非線形処理を施すことで、動作状況に応じて適切に特性が変化する高機能な並列駆動制御を実現できる。
【０１３７】
また、並列駆動制御を用途とした本実施の形態３とウェブ搬送制御を用途とした先の実施の形態１とで、用途の相違や位置制御と速度制御のどちらを基礎にしているかの相違がある。しかしながら、本実施の形態３におけるモータ制御装置３００の反力補償演算部４０Ｓの構成は、先の実施の形態１におけるモータ制御装置１００の反力補償演算部４０と殆ど同じ構成である。
【０１３８】
すなわち、いずれの反力補償演算部４０Ｓ、４０も、上記のように幅広い高機能な特性を実現可能としているので、同一の簡素なプログラムでどちらの用途に対しても好適な特性を実現可能である。従って、各用途に特化したプログラムの追加や改造を行うコストを増やすことなく、各用途に対して高性能かつ高機能な制御を実現できる。
【０１３９】
なお、上記で説明したフィードフォワード演算部１０Ｓおよび主軸フィードフォワード演算部１０Ｍの構成では、駆動対象１３０に加わる摩擦や重力負荷などの外乱を無視した構成としていた。しかしながら、これらの外乱がモデル化可能な場合には、それらに対応したトルクをフィードフォワードトルクｕｆおよび主軸フィードフォワードトルクｕｆ＿ｍに加算すればよい。これにより、これらの外乱が非対称的な場合にも、高精度にモータ１２１ａと主軸モータ１２１ｂの制御を行いながら、軸間干渉力に関しても所望の特性として抑制することができる。
【０１４０】
また、本実施の形態３では、主軸モータ１２１ｂおよび従軸モータ１２１ａの位置の制御を行う技術として説明したが、速度の制御を行うような用途に対しても、全く同様に構成できることは容易に理解できる。
【０１４１】
また、上記では回転形モータを用いた場合について説明したが、リニアモータを用いた場合も全く同様であり、その場合には、単語の「トルク」を「推力」へ、あるいはこれらを総称して「駆動力」へと置き換えればよい。
【０１４２】
以上のように、実施の形態３によれば、並列駆動制御の用途において、各軸の位置制御と、駆動対象の捻りに起因した軸間干渉力を抑制するような制御とを複合させた幅広い特性を持つ高機能な制御装置を簡単な演算で実現できる。さらに、並列駆動制御の用途において、駆動対象が非対称的な場合でも、複数の軸を高精度に同期させて加減速を行いながら、各軸の位置の制御と駆動対象の捻りに起因した軸間干渉力を抑制するような制御とを複合させた幅広い特性を持つ高機能な制御装置を簡単な演算で実現できる。
【０１４３】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置を示すブロック図である。図１２に示したモータ制御装置４００は、フィードフォワード演算部１０Ｐ、偏差補償演算部２０Ｐ、トルク指令合成部３０Ｐ、反力補償演算部４０Ｐ、および制御偏差演算部５０Ｐを備えて構成されている。このような本実施の形態４におけるモータ制御装置４００は、プレス機械等の用途を想定し、駆動対象を加圧対象に接触する近辺まで移動させ、その後に所定の力で駆動対象が加圧対象を加圧する動作を行う、押し当て制御の用途を想定したものである。
【０１４４】
図１３は、本発明の実施の形態４におけるモータ制御装置４００を適用した押し当て制御システムの模式図である。そこで、まず始めに、図１２、図１３を用いて、押し当て制御システムの動作概要について、以下に説明する。
【０１４５】
モータ１２１がトルクを発生して駆動されることで、ボールネジ等の伝達機構１３３を介して、図１３の駆動対象１３１が駆動される。モータ制御装置４００は、位置指令ｙｃと、反力参照値ｆｒと、モード切換え信号ｓｗと、動作検出器１２２で検出したモータ位置ｙとを入力として取り込む。そして、モータ制御装置４００は、後述の演算により、トルク指令ｕを電流制御器１１０（図１３では図示せず）に出力する。
【０１４６】
電流制御器１１０がモータ１２１の電流を制御することで、モータ１２１は、トルク指令ｕに応じたトルクを発生する。モータ制御装置４００に入力される位置指令ｙｃは、駆動対象１３１が加圧対象１３２に接触する付近まで移動するように与えられる。
【０１４７】
モード切換え信号ｓｗは、モータ制御装置４００が位置制御を行う位置制御モードと、加圧制御を行う加圧制御モードとを切換えるための信号として、駆動対象１３１が加圧対象１３２に接触する近傍でモータ制御装置４００が制御動作を行っている最中に切換わるように与えられる。モータ制御装置４００が加圧制御モードに切換えられた後は、モータ制御装置４００は、駆動対象１３１が反力参照値ｆｒに対応する力で加圧対象１３２を加圧するよう制御する。
【０１４８】
次に、モータ制御装置４００の構成について、先の図１２を用いて説明する。モータ制御装置４００内のフィードフォワード演算部１０Ｐは、位置指令ｙｃに基づいて、先の実施の形態３におけるフィードフォワード演算部１０Ｓと同様に、モータ１２１のモータ位置ｙを制御するための参照値となる位置参照値（動作参照値）ｙｒと、モータ１２１が位置参照値ｙｒに一致するよう加減速を行うのに必要なトルクをフィードフォワードトルクｕｆとして演算して出力する。
【０１４９】
制御偏差演算部５０Ｐは、位置指令ｙｒと、モータ位置ｙと、後述する動作補正値ｙｈと、モード切換え信号ｓｗとを入力とし、後述の演算により、帰還制御で低減させる偏差信号である制御偏差ｅを出力する。
【０１５０】
次に、偏差補償演算部２０Ｐは、制御偏差ｅを定常的に０にするよう低減するための積分動作を含む帰還制御演算として、先の実施の形態１における偏差補償演算部２０と同様に、上式（１）で表されるＰＩ（比例積分）演算を行った結果を、偏差補償トルクｕｂとして出力する。
【０１５１】
次に、トルク指令合成部３０Ｐは、先の実施の形態１のトルク指令合成部３０と同様に、偏差補償トルクｕｂとフィードフォワードトルクｕｆとを入力とし、上式（２）で表される帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）を用いた演算を行った結果として、トルク指令ｕを出力する。ここで、帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）は、偏差補償演算部２０Ｐのゲインを高く設定し、制御偏差ｅを速い応答で低減させることを可能にする目的を有する。このことから、トルク指令合成部３０Ｓにおける帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）は、通常の位置制御において必要不可欠なものであるとともに、場合により複雑な特性を持たせるものである。
【０１５２】
次に、反力補償演算部４０Ｐは、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとを入力とし、先の実施の形態１の反力補償演算部４０と同様な演算により、動作補正値ｙｈを出力する。すなわち、反力参照値ｆｒと偏差補償トルクｕｂとの差である反力偏差ｆｅを、トルク補正量ｕｈとして演算する。さらに、そのトルク補正量ｕｈに対して反力補償増幅部４２で所定の反力補償ゲインＫｈを乗じ、反力補償制限部４３において反力補償増幅部４２の出力の大きさを所定の反力補償制限値で制限した結果を出力する。さらに、反力補償制限部４３の出力に対して、反力補償フィルタ４４において、上式（３）で表されるローパスフィルタＦｈ（ｓ）の演算を行った結果を、動作補正値ｙｈとして出力する。
【０１５３】
また、反力補償演算部４０Ｐは、先の実施の形態１と同様に、ローパスフィルタＦｈ（ｓ）の遮断周波数ωｆを、偏差補償演算部２０Ｐの零点（積分ゲイン）ωｉと一致させるよう、すなわち上式（４）のように設定する。さらに、反力補償演算部４０Ｐは、外部から設定したパラメータである反力補償周波数ωｈと、偏差補償演算部２０Ｐの制御定数とに基づいて、反力補償ゲインＫｈを上式（５）のように設定する。
【０１５４】
次に、モード切換え信号ｓｗに関連した制御偏差演算部５０Ｐの動作について説明する。まず、モード切換え信号ｓｗが位置制御モードを選択している場合の動作を説明する。この場合の制御偏差演算部５０Ｐは、先の実施の形態３における図９に示した制御偏差演算部５０Ｓにおいて、動作補正値ｙｈを０にした場合と同じ演算によって、制御偏差ｅを出力する。
【０１５５】
すなわち、位置参照値ｙｒとモータ位置ｙとの偏差である位置偏差ｙｅに位置ゲインＫｐを乗じた信号と、位置偏差ｙｅを微分した信号（速度偏差）とを加算した信号を制御偏差ｅとして出力する。これにより、モータ制御装置４００は、規範モデル型制御と呼ばれる種類の位置制御装置として動作する。
【０１５６】
次に、モード切換え信号ｓｗが加圧制御モードを選択している場合について説明する。制御偏差演算部５０Ｐは、動作補正値ｙｈからモータ位置ｙの微分値（すなわち、モータ速度）を引いた値を制御偏差ｅとして出力する。すなわち、制御偏差演算部５０Ｐは、次式（１４）の演算を行う。
ｅ＝ｙｈ−ｓ・ｙ                                                  （１４）
【０１５７】
これにより、偏差補償演算部２０ＰがＰＩ制御の演算を行うことを合わせて考えると、制御偏差演算部５０Ｐと偏差補償演算部２０Ｐの動作により、モータ制御装置４００は、動作補正値ｙｈを速度指令と見なした速度ＰＩ制御として動作する。
【０１５８】
さらに、加圧制御モードにおいて、動作補正値ｙｈが反力補償演算部４０Ｐにより上記のように演算されるので、反力補償演算部４０Ｐにおける反力補償制限部の制限動作を無視した場合の、反力参照値ｆｒから偏差補償トルクｕｂまで、およびモータ位置ｙから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、それぞれ次式（１５）、（１６）のように表される。
ｕｂ／ｆｒ＝ωｈ／（ｓ＋ωｈ）                                    （１５）
ｕｂ／ｙ＝−Ｋｖ・ｓ・（ｓ＋ωｉ）／（ｓ＋ωｈ）                  （１６）
【０１５９】
ここで、反力補償周波数ωｈを０とすると、上式（１５）は０になる。また、上式（１６）は、モータ位置ｙの微分値（ｓ・ｙ）、すなわちモータ速度に対するＰＩ（比例積分）特性を表す。すなわち、モータ制御装置４００の動作は、速度指令を０とした速度ＰＩ制御の特性となる。
【０１６０】
また、反力補償周波数ωｈを実質的な無限大（制御周期によって制限される最大値）まで大きくすると、上式（１５）は、実質的に１になり、上式（１６）は、実質的に０になる。すなわち、モータ制御装置４００は、偏差補償トルクｕｂを反力参照値ｆｒに一致させるトルク制御の特性となる。このようなトルク制御の特性は、例えば、粘性が大きく振動し難い加圧対象１３２を所望の力で加圧したい場合には、目的に適した特性となる。
【０１６１】
また、反力補償周波数ωｈを上記の中間的な値に設定した場合、上式（１５）および上式（１６）より、反力補償周波数ωｈより低い周波数では、偏差補償トルクｕｂを反力参照値ｆｒに一致させるようなトルク制御の特性を持つ。その一方、反力補償周波数ωｈより高い周波数では、モータ１２１の速度を０に近づけるような速度制御の特性を持つ。このように、モータ制御装置４００は、トルク制御と速度制御とが複合した特性を持つこととなる。
【０１６２】
ここで、例えば、加圧対象１３２の弾性や加圧対象１３２の固定方法等に起因して、駆動対象１３１を加圧対象１３２に押し当てた際に振動が生じ易いような場合を考える。このような場合にも、トルク制御と速度制御とが複合した特性を持たせることで、その振動を抑制しながら定常的には反力参照値ｆｒに対応した力で加圧対象１３２を加圧するよう、安定した押し当て制御が可能になる。
【０１６３】
次に、例えば、駆動対象１３１が加圧対象１３２まで完全には到達していない時点で、モード切換え信号ｓｗを位置制御モードから加圧制御モードに切換えられた場合を考える。このような場合、トルク指令ｕあるいは偏差補償トルクｕｂを反力参照値ｆｒに瞬時に一致させると、モータ１２１および駆動対象１３１の速度が増大し、押し当て時の衝撃を大きくしてしまう。
【０１６４】
このような問題に対し、本実施の形態３によるモータ制御装置４００では、反力補償演算部４０Ｐの反力補償制限部４３の働きにより、動作補正値ｙｈの大きさが反力補償制限値で制限される。また、動作補正値ｙｈは、上述のように、速度ＰＩ制御の速度指令として動作するので、モータ１２１の速度を所定の制限速度に保つよう、実質的には速度制御の状態でモータ１２１および駆動対象１３１を動作させることが可能になる。
【０１６５】
そして、このような実質的に速度制御の状態で駆動対象１３１が加圧対象１３２に接触した後、駆動対象１３１と加圧対象１３２との間で圧力が発生すると、それに対抗するように偏差補償トルクｕｂが大きくなり反力参照値ｆｒに近づく。これにより、反力偏差ｆｅ、すなわちトルク補正量ｕｈが小さくなる。その結果、反力補償演算部４０Ｐで出力する動作補正値ｙｈが制限値より小さくなると、上述したトルク制御の特性、あるいはトルク制御と速度制御が複合した特性へと自動的に移行し、偏差補償トルクｕｂを反力参照値ｆｒに一致させるような、安定した押し当て制御を実現することができる。
【０１６６】
また、上記の説明では、外部から入力したモード切換え信号ｓｗに基づいて制御偏差演算部５０Ｐの演算を切り換えるとして説明した。しかしながら、モード切換え信号を外部から入力しなくとも、例えば、次のように構成することで、自動的に位置制御モードから加圧制御モードへ切換えるようにすることも可能である。制御偏差演算部５０Ｐにおける制御偏差ｅの演算動作として、常に、上述した位置制御モードとしての制御偏差ｅの演算と、上述した加圧制御モードとしての制御偏差ｅの演算を平行して行い、両方の演算結果のうち、小さい方の値を制御偏差演算部５０Ｐの出力として選択する。これにより、位置制御モードの動作で駆動対象１３１が加圧対象１３２に接触して圧力が発生すると、反力偏差ｆｅやトルク補正量ｕｈが小さくなる。その結果、制御偏差演算部５０Ｐの出力として、加圧制御モードとしての制御偏差ｅが選択され、制御動作中に自動的かつ滑らかに加圧制御モードへ切換えられるような制御特性が実現できる。
【０１６７】
また、上記では、加圧対象の位置が固定されている用途を想定して制御偏差演算部５０Ｐを構成し、加圧モードにおける制御偏差演算部５０Ｐにおける演算として、上式（１４）に示したように、位置参照値ｙｒやその微分値の速度参照値を用いない構成とした。しかしながら、加圧対象の位置が固定でなく、モータ等を用いて移動させながら加圧するような用途の場合には、加圧モードにおける制御偏差演算部５０Ｐの演算を、ウェブ搬送制御を用途に想定した先の実施の形態１の制御偏差演算部５０や、並列駆動制御を用途に想定した先の実施の形態３の制御偏差演算部５０Ｓと同様に、位置参照値ｙｒや、それを微分した速度参照値を用いて行うことも可能である。これにより、加圧対象に同期させて加減速移動を行いながら、反力参照値ｆｒに対応した力で加圧対象１３２を加圧する制御を実現できることも容易に理解できる。
【０１６８】
また、本実施の形態４における押し当て制御を用途に想定したモータ制御装置４００の構成は、並列駆動制御を用途して想定した先の実施の形態３における従軸制御部３１０の構成と比較すると、制御偏差演算部５０Ｐの演算と制御偏差演算部５０Ｓの演算とが僅かに違うだけである。
【０１６９】
また、ウェブ搬送制御を用途として想定した先の実施の形態１におけるモータ制御装置１００と比べても、位置制御と速度制御の相違はあるものの、殆ど同じ構成をしていることが解る。従って、これらの幅広い用途に対して、１つのソフトウエアで計算量を増やすことなく、これらの多様な用途に適した高機能な制御を実現でき、モータ制御装置のコストの増大を防止することができる。
【０１７０】
以上のように、実施の形態４によれば、上記のような構成を有することで、位置制御や速度制御の特性、トルク制御の特性、それらが複合した制御の特性、これらの制御特性の滑らかな切換えといった幅広い制御特性を実現できる。この結果、押し当て制御の用途に適した高機能な制御を、コストを増大させない簡単な演算で実現できる。
【０１７１】
なお、反力参照値ｆｒは、上述した実施の形態１〜４からも明らかなように、所定値として外部からモータ制御装置内に入力される場合と、モータ制御装置内での所定の演算により所定値として生成される場合の両方を含むものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年3月23日(2012.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
このように反力補償周波数ωｈを実質的な無限大まで大きくした場合、モータ速度ｙから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、実質的に０となるとともに、反力参照値ｆｒから偏差補償トルクｕｂまでの伝達関数は、実質的に１となる。すなわち、モータ速度ｙをトルク指令ｕへとフィードバックする制御ループは、実質的に切断されるとともに、偏差補償トルクｕｂを反力参照値ｆｒに一致させることで、フィードフォワード的なトルク制御を行う特性となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１２】
ただし、従軸制御部３１０のフィードフォワード演算部１０Ｓでは、フィードフォワードトルクｕｆの演算で用いる慣性モーメントの設定値として、全体の慣性モーメントのうち、従軸モータ１２１ａで駆動するよう分担させた値を設定していた。これに対し、主軸フィードフォワード演算部１０Ｍでは、主軸モータ１２１ｂで駆動するよう適切に分担させた慣性モーメントの設定値を用いて、主軸フィードフォワードトルクｕｆ＿ｍの演算を行う。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
また、主軸偏差補償演算部２０Ｍは、主軸制御偏差ｅ＿ｍに基づいて、従軸モータ１２１ａに対する偏差補償演算部２０Ｓと同様な演算により、主軸偏差補償トルクｕｂ＿ｍを出力する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４９】
制御偏差演算部５０Ｐは、位置参照値ｙｒと、モータ位置ｙと、後述する動作補正値ｙｈと、モード切換え信号ｓｗとを入力とし、後述の演算により、帰還制御で低減させる偏差信号である制御偏差ｅを出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５１】
次に、トルク指令合成部３０Ｐは、先の実施の形態１のトルク指令合成部３０と同様に、偏差補償トルクｕｂとフィードフォワードトルクｕｆとを入力とし、上式（２）で表される帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）を用いた演算を行った結果として、トルク指令ｕを出力する。ここで、帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）は、偏差補償演算部２０Ｐのゲインを高く設定し、制御偏差ｅを速い応答で低減させることを可能にする目的を有する。このことから、トルク指令合成部３０Ｐにおける帰還トルクフィルタＦｂ（ｓ）は、通常の位置制御において必要不可欠なものであるとともに、場合により複雑な特性を持たせるものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６４】
このような問題に対し、本実施の形態４によるモータ制御装置４００では、反力補償演算部４０Ｐの反力補償制限部４３の働きにより、動作補正値ｙｈの大きさが反力補償制限値で制限される。また、動作補正値ｙｈは、上述のように、速度ＰＩ制御の速度指令として動作するので、モータ１２１の速度を所定の制限速度に保つよう、実質的には速度制御の状態でモータ１２１および駆動対象１３１を動作させることが可能になる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項３に記載のモータ制御装置において、
前記反力補償演算部は、算出された前記反力補償増幅部の出力を所定の大きさで制限した後の値を動作補正値として出力する反力補償制限器をさらに備えることを特徴とするモータ制御装置。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
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【国際調査報告】
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